Summary
שיטת סינתזה כדי להשיג macrotubes מבוסס פלטינה נקבוביות ו macrobeams עם חתך רוחב מרובע באמצעות הפחתה כימית של תבניות מחט מלח מסיס מוצג.
Abstract
הסינתזה של ננו-חומרים מתכת אציליים נקבוביים של שטח פני השטח הגבוה מסתמכת בדרך כלל על התמזגות רבת זמן של חלקיקים שנוצרו מראש, ולאחר מכן שטיפה וצעדי ייבוש סופר קריטיים, לעתים קרובות וכתוצאה מכך חומרים שבירים מכנית. כאן, מוצגת שיטה לסנתז מקרו-תבניות מקרו-צינורות ומקרו-צינורות מבוססי פלטינה נקבוביים עם חתך רוחב מרובע מתבניות מחט מלח לא מסיסות. השילוב של פלטינה טעונה הפוכה, פלדיום, ויונים פלנר מרובע נחושת גורמת להיווצרות מהירה של מחטי מלח מסיסים. בהתאם ליחס הסטואיצ'יומטרי של יונים מתכתיים הנוכחים בתבנית המלח והבחירה של חומר להפחתת כימיקלים, גם מקרו-צינורות או מקורי מאקרו יוצרים מבנה נקבובי המורכב מחלקיקים או ננו-נבריות. הרכב אלמנטרי של macrotubes ו macrobeams, נקבע עם diffractometry רנטגן ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון רנטגן, נשלט על ידי היחס הסטואיכימטרי של יונים מתכת נוכח תבנית מלח. מקרו-צינורות וקר-בונים עשויים להלחיץ לסרטים העומדים בפני עצמה, ושטח הפנים הפעיל אלקטרוכימי נקבע עם ספקטרוסקופיה אלקטרוכימית ווולמטריה מחזורית. שיטת סינתזה זו מדגימה גישה פשוטה ומהירה יחסית להשגת מקרו-צינורות ו macrobeams מבוססי פלטינה על שטח פני שטח גבוה עם ננו-מבנה ומבנה בסיסי הניתנים לטוון, שעשויים להילחץ לסרטים העומדים בפנים ללא חומרי קשירה נדרשים.
Introduction
שיטות סינתזה רבות פותחו כדי להשיג שטח פנים גבוה, חומרים מבוססי פלטינה נקבובי בעיקר עבור יישומי זליזה כולל תאי דלק1. אסטרטגיה אחת להשגת חומרים כאלה היא לסנתז חלקיקים monodisperse בצורה של ספירות, קוביות, חוטים,וצינורות 2,3,4,5. כדי לשלב את החלקיקים הדיסקרטיים לתוך מבנה נקבובי עבור מכשיר פונקציונלי, קלסרים פולימריים ותופרי פחמןנדרשים לעתים קרובות 6,7. אסטרטגיה זו דורשת שלבי עיבוד נוספים, זמן, והוא יכול להוביל לירידה בביצועים ספציפיים מסה, כמו גם agglomeration של חלקיקים במהלך שימוש התקן מורחב8. אסטרטגיה נוספת היא להניע את ההתמזגות של חלקיקים מסונתזים לתוך ג'ל מתכת עם ייבוש סופר קריטילאחר מכן 9,10,11. בעוד התקדמות בגישת סול-ג'ל סינתזה עבור מתכות אציליות הפחיתה את זמן gelation משבועות מהר ככל שעות או דקות, מונוליתים וכתוצאה מכך נוטים להיות שביר מכנית תוך הפוגה השימוש המעשי שלהם במכשירים12.
ננו-מבנים נקבוביים רב-ממדיים סגסוגת פלטינה ורב-מתכתיים מציעים יכולת tunability לפרטיות קטלטית, כמו גם לטפל בעלות הגבוהה ובמחסור היחסי שלפלטינה 13,14. אמנם היו דיווחים רבים של פלטינה-פלדיום15,16 ופלטינה-נחושת 17,18,19 nanostructures בדדי, כמו גם שילובי סגסוגת אחרים20, היו כמה אסטרטגיות סינתזה כדי להשיג טכניקה מבוססת פתרון עבור סגסוגת פלטינה תלת ממדית ומבנים רב מתכתיים.
לאחרונה הראינו את השימוש בפתרונות מלח בריכוז גבוה והפחתת סוכנים להניב במהירות זהב, פלדיום, וג'לים מתכתפלטינה 21,22. פתרונות מלח בריכוז גבוה והפחתת סוכנים שימשו גם סינתזה biopolymer נובל מתכת מרוכבים באמצעות ג'לטין, תאית, משי23,24,25,26. מלחים מסיסים מייצגים את הריכוזים הגבוהים ביותר של יונים זמינים להיות מופחתים שימשו על ידי Xiao ועמיתיו כדי להדגים את הסינתזה של תחמוצות מתכת דו מימדי27,28. הרחבת על ההדגמה של aerogels מתכת אצילית נקבובי ומרוכבים מפתרונות מלח בריכוז גבוה, ומינוף הצפיפות הגבוהה של יונים זמינים של מלחים מסיסים, השתמשנו מלחים ונגזרות של מגנוס כתבניות צורה לסנתז מקרו נקבוביותמתכת אצילית מקרובות מקרו-בונים 29,30,31,32.
מלחי מגנוס מתאספים מהתוספת של יוני פלטינה מרובעים טעונים הפוכה [PtCl4]2- ו- [Pt(NH3)4]2+ 33. באופן דומה, מלחי ווקלין נוצרים מהשילוב של יונים פלדיום טעונים הפוך, [PdCl4]2- ו- [Pd(NH3)4]2+ 34. עם ריכוזי מלח מבשר של 100 mM, גבישי מלח וכתוצאה מכך טופס מחטים 10s כדי 100s של מיקרומטר ארוך, עם רוחב מרובע כ 100 מיליומטר עד 3 μm. בעוד תבניות המלח הן נייטרליות, משתנות את נגזרות המלח של מגנוס בין מיני יון, כדי לכלול [Cu(NH3)4]2+, מאפשר שליטה על יחסי מתכת מופחתים וכתוצאה מכך. השילוב של יונים, ואת הבחירה של חומר הפחתת כימית, לגרום או macrotubes או macrobeams עם חתך רוחב מרובע ננו מבנה נקבובי המורכב חלקיקים מותכים או nanofibrils. מקרו-צינורות וקר-בונים נלחצו גם הם לסרטים העומדים בפני עצמה, ושטח הפנים הפעיל אלקטרוכימי נקבע עם ספקטרוסקופיה אלקטרוכימית ווולמטריה מחזורית. הגישה של תבנית המלח שימשה לסנתזמקרו-צינורות פלטינה 29, מקרופאימאקרו פלטינה-פלדיום 31, ובניסיון להפחית את עלויות החומר ולכוון את הפעילות הקטלית על ידי שילוב מקרו-צינורות נחושת, נחושת-פלטינה32. שיטת המפתה מלח הוכחה גם עבור Au-Pd ו Au-Pd-Cu מקרו-צינורות מתכת בינאריים וtternary מתכתוננו קנים 30.
כאן, אנו מציגים שיטה לסנתז פלטינה, פלטינה-פלדיום, ונחושת פלטינה דו מתכתית מקרו-צינורות נקבוביים מקרני מקרו מסיסים של מגנוס תבניותמחט מלח 29,31,32. שליטה על הסטואיכיומטריה היונית בתבניות מחט המלח מספקת שליטה על יחסי מתכת כתוצאה מכך לאחר הפחתה כימית, ניתן לאמת עם diffractometry רנטגן ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון רנטגן. ניתן להרכיב את המאקרו-תובנות ומאיקרו-תותב וכתוצאה מכך לסרט העומד בפנים עם לחץ ידיים. הסרטים המתוואמים מציגים אזורי פנים פעילים אלקטרוכימיים גבוהים (ECSA) שנקבעו על ידי ספקטרוסקופיה מכשול אלקטרוכימי וולטמטריה מחזורית ב H2SO4 ו אלקטרוליט KCl. שיטה זו מספקת נתיב סינתזה לשליטה על הרכב מתכת מבוסס פלטינה, נקבוביות, nanoosity, ו nanostructure באופן מהיר ומדרגי שעשוי להיות להכללה למגוון רחב יותר של תבניות מלח.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
התראה: עיין בכל גליונות נתוני הבטיחות הכימיים (SDS) הרלוונטיים לפני השימוש. השתמש בשיטות הבטיחות המתאימות בעת ביצוע תגובות כימיות, כדי לכלול שימוש בכסה אדים וציוד מגן אישי. התפתחות מהירה של גז מימן במהלך הפחתה אלקטרוכימית יכולה לגרום ללחץ גבוה בצינורות תגובה ולגרום לפקקים לבלוט ופתרונות לרסס החוצה. ודא כי מכסי צינור התגובה יישארו פתוחים כמצוין בפרוטוקול. לבצע את כל הפחתות אלקטרוכימיות ב מכסה המנוע אדים.
1. הכנת תבנית נגזרות המלח של מגנוס
הערה: יש להפחית כימית את כל תבניות המלח בתוך שעות ספורות לאחר ההכנה, כאשר אחסון ממושך כתוצאה מהשפלה של מבנה המלח. שיטה זו מתארת כל מוצר מקרו-יוטיוב ומקרו-קום המבוסס על פלטינה. כדי להשיג תפוקת מוצר ספציפית נוספת, נוהל את השיטה באמצעות ערכות שכפול של תבנית מלח והפחתת פתרונות סוכן.
- הכן פתרונות מלח מתכת.
- הוסף 0.4151 גרם של K2PtCl4 עד 10 מ"ל של מים deionized כדי להכין 0.1 M (100 mM) פתרון של "Pt2-".
- הוסף 0.3521 גרם של Pt(NH3)4Cl2∙H2O עד 10 מ"ל של מים deionized כדי להכין פתרון 0.1 M (100 mM) של "Pt2+".
- הוסף 0.2942 גר' של Na2PdCl4 עד 10 מ"ל של מים deionized כדי להכין פתרון 0.1 M (100 mM) של "Pd2-".
- הוסף 0.2458 גרם של Cu(NH3)4אז4∙H2O עד 10 מ"ל של מים deionized כדי להכין 0.1 M (100 mM) פתרון של "Cu2+".
- לנער במרץ ומערבולת פלטינה ומלח נחושת פתרונות כדי לסייע בפירוק המלחים עד שהם מומסים באופן מלא.
- הכן תבניות מחט מלח פלטינה.
- כדי להכין את המלחים של מגנוס עם יחס של 1:1Pt 2+:P 00, פיפטה 0.5 מ"ל של 100 מ"ר K2PtCl4 לתוך צינור מיקרופוג. בכוח פיפטה 0.5 מ"ל של 100 מ"ר Pt(NH3)4Cl2∙H 2 Oלתוךצינור microfuge עבור סך של 1 מ"ל של פתרון תבנית מחט מלח.
הערה: הפתרון יציג צבע ירוק בהיר אטום. השימוש של 50 mM K2PtCl4 ו Pt(NH3)4Cl2∙H 2 Oיגרוםמחטי מלח ארוכות ורחבות יותר עבור macrotubes פלטינה גדולה יותר לאחרהפחתה כימית 29. צנרת כוחנית מחלקת את נפח הריגנט המלא בתוך 1 s כדי להבטיח ערבוב מהיר של כימיקלים בתוך צינורות מיקרופוג.
- כדי להכין את המלחים של מגנוס עם יחס של 1:1Pt 2+:P 00, פיפטה 0.5 מ"ל של 100 מ"ר K2PtCl4 לתוך צינור מיקרופוג. בכוח פיפטה 0.5 מ"ל של 100 מ"ר Pt(NH3)4Cl2∙H 2 Oלתוךצינור microfuge עבור סך של 1 מ"ל של פתרון תבנית מחט מלח.
- הכן תבניות מחט מלח פלטינה-פלדיום.
הערה: יחסי יון פלטינה-פלדיום תבנית מלח מוגדרים Pt2+:P d 2-:P2-. מלחי הפלטינה בלבד שהוכנו בשלב 1.2.1. השווה ליחס של 1:0:1.- כדי להכין את יחס המלח 1:1:0, פיפטה 0.5 מ"ל של 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H 2 Oלתוךצינור מיקרופוג. בכוח פיפטה 0.5 מ"ל של 100 mM Na2PdCl4 לתוך צינור microfuge עבור סך של 1 מ"ל של פתרון תבנית מחט מלח.
- כדי להכין את יחס המלח 2:1:1, פיפטה 0.25 מ"ל של 100 mM Na2PdCl4 ו 0.25 מ"ל של 100 מ"ל של K2PtCl4 בצינור מיקרופוג. מערבולת צינור המיקרופוג ל3-5 s. לאחר מכן פיפטה בכוח 0.5 מ"ל של 100 מ"מ Pt(NH3)4Cl2∙H 2 Oלתוךצינור המיקרופוג עבור סך של 1 מ"ל של פתרון תבנית מחט מלח.
- כדי להכין פתרון תבנית מלח 3:1:2, פיפטה 0.167 מ"ל של 100 mM Na2PdCl4 ו 0.333 מ"ל של 100 מ"ר של K2PtCl4 לתוך צינור microfuge. מערבולת צינור המיקרופוג ל3-5 s. לאחר מכן פיפטה בכוח 0.5 מ"ל של 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H 2 Oלתוךצינור microfuge עבור סך של 1 מ"ל מלח מחט תבנית פתרון.
הערה: היחס הגבוה יותר של פלטינה בתבניות המלח אמור להניב צבע ירוק יותר, בעוד הגדלת תכולת הפלדיום גורמת לצבע כתום, ורוד וחום יותר בפתרון. הפתרונות יהיו אטומים במראה.
- הכן תבניות מחט מלח נחושת-פלטינה.
הערה: יחסי יון נחושת-פלטינה תבנית מלח מוגדרים Pt2-:P t2+:Cu2+. יחס 1:1:0 משווה למלחי הפלטינה בלבד שהוכנו בשלב 1.2.1.- כדי להכין את יחס המלח 1:0:1, פיפטה 0.5 מ"ל של 100 מ"ר K2PtCl4 לתוך צינור מיקרופוג. בכוח פיפטה 0.5 מ"ל של 100 mM Cu (NH3)4אז4∙H 2 Oלתוךצינור microfuge עבור סך של 1 מ"ל של פתרון תבנית מחט מלח.
- כדי להכין את יחס המלח 3:1:2, פיפטה 0.167 מ"ל של 100 מ"מ Pt(NH3)4Cl2∙H2O ו 0.333 מ"ל של 100 מ"מ של Cu (NH3)4אז4· אייץ' 2-אולתוך צינור מיקרופוג. מערבולת צינור המיקרופוג ל3-5 s. ואז בכוח pipette 0.5 מ"ל של 100 mM K2PtCl4 לתוך צינור microfuge עבור סך של 1 מ"ל של פתרון תבנית מחט מלח.
- כדי להכין את יחס המלח 2:1:1, פיפטה 0.25 מ"ל של 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H2O ו 0.25 מ"ל של 100 מ"מ של Cu(NH3)4אז4· אייץ' 2-אולתוך צינור מיקרופוג. מערבולת צינור המיקרופוג ל3-5 s. לאחר מכן פיפטה בכוח 0.5 מ"ל של 100 mM K2PtCl4 לתוך צינור microfuge עבור סך של 1 מ"ל מלח מחט תבנית פתרון.
- כדי להכין את יחס המלח 1:1:0, פיפטה 0.5 מ"ל של 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H 2 Oלתוךצינור מיקרופוג. בכוח פיפטה 0.5 מ"ל של 100 mM K2PtCl4 לתוך צינור microfuge עבור סך של 1 מ"ל מלח מחט תבנית פתרון.
הערה: השילוב של אווני נחושת ופלטינה יוצר פתרון סגול ומעונן אינו אטום כמו הפתרונות של שלבים 1.2 ו- 1.3. השארת פתרונות מלחי מגנוס למשך 24 שעות או יותר תגרום לתבניות להתדרדר ולחזור לצבע סגול-אפור או שחור.
- מיקרוסקופ אופטי מקוטב (POM) הדמיה של תבניות מחט מלח
- פיפט 0.05 מ"ל של פתרונות תבנית מלח שהוכנו בשלבים 1.2 – 1.4 על מגלשת זכוכית ולהר על הבמה של מיקרוסקופ אופטי מקוטב. כוונן את המיקוד למחטי מלח וסובב מקטבים צולבים עד שהרקע יהיה שחור.
הערה: אם פתרונות מלח אינם מציגים מבנים כמו מחט עם הדמיית POM, לאמת את איכות המים המשמשת להכנת פתרון מלח. היווצרות מחט מלח רגישה הן ל-pH גבוה והן נמוך.
- פיפט 0.05 מ"ל של פתרונות תבנית מלח שהוכנו בשלבים 1.2 – 1.4 על מגלשת זכוכית ולהר על הבמה של מיקרוסקופ אופטי מקוטב. כוונן את המיקוד למחטי מלח וסובב מקטבים צולבים עד שהרקע יהיה שחור.
2. הפחתה כימית תבנית מלח
הערה: DMAB רעיל. הימנע מלנשום אבק ומגע בעור על-ידי לבישת PPE ובצע את כל המשימות הקשורות בכיפה.
- הכנת פתרונות סוכן לצמצום
- להוסיף 0.7568 גרם של נתרן borohydride (NaBH4)כדי 200 מ"ל של מים deionized ב 500 מ"ל ב 100 מ"ל פתרון להכין 0.1 M (100 mM) NaBH4 פתרון. מערבבים את התמיסה עם מרית עד NaBH4 הוא מומס לחלוטין.
- יוצקים 50 מ"ל של פתרון NaBH0.1 M NaBH 4 לתוך צינור חרוכי 50 מ"ל. חזור על זה 3x.
- להוסיף 1.1768 גרם של דימתילאמין בוראן (DMAB) ל 200 מ"ל של מים deionized ב 500 מ"ל ב גם ב- 500 מ"ל כדי להכין 0.1 M (100 mM) DMAB פתרון.
- יוצקים 50 מ"ל של פתרון DMAB 0.1 M לתוך צינור חסומה 50 מ"ל. חזור על זה 3x.
- הוספת מלחים להפחתת פתרונות סוכן
- במכסה מנוע אדים, פיפטה כל נפח 1 מ"ל של כל אחד מפתרונות תבנית מלח מ צעדים 1.2 ו 1.3 לתוך כל אחד 4 x 50 מ"ל צינורות חקוקים של 0.1 M NaBH4 הפחתת סוכן. אפשר הפחתה כימית להמשיך במשך 24 שעות עם הכובע את הצינור.
- במכסה מנוע אדים, פיפטה כל נפח 1 מ"ל של כל אחד מפתרונות תבנית מלח מ שלב 1.4 לתוך כל 4 x 50 מ"ל צינורות חקוקים של 0.1 M DMAB הפחתת סוכן. אפשר הפחתה אלקטרוכימית להמשיך במשך 24 שעות עם הכובע את הצינור.
הערה: עם תוספת של 1 מ"ל של מלחי מגנוס, סוכן ההפחתת יהפוך צבע שחור מעונן ולהתחיל במרץ ליצור גז מימן. השארת מכסי הצינור התרסיים מונעת הצטברות של לחץ גז מימן ופיצוצים פוטנציאליים וריסוס של הפתרונות. פרפילם רופף או רדיד עשוי להיות ממוקם מעל הצינורות אם זיהום אבק הוא דאגה.
- שטיפה מופחתת מקרו-צינורות ו macrobeams
- לאחר 24 שעות של הפחתה, לאט להפחית את supernatant של כל אחד מופחת 50 מ"ל כימי הפחתת פתרונות לתוך מיכל פסולת ולהבטיח לא לשפוך את הדגימות מתוך הצינורות.
- יוצקים כל אחד מהמשקעים לתוך צינורות חרסיים חדשים של 50 מ"ל. השימוש מרית עשוי להידרש כדי לנתק מדגם דבקות על הקירות בצד הצינור. מלאו כל אחד מהצינורות החדשים ב-50 מ"ל של מים מנוונים והיקומו על נדנדה עם כיפות צינור מאובטחות בהגדרה נמוכה למשך 24 שעות.
- הסר את הצינורות מהנדנדה והניע זקוף במדף מבחנה למשך 15 דקות כדי לאפשר לדגימות לטפטף מום. שופכים באיטיות את הסופרנט מהחולצה של דגימת הצינור לתוך מיכל פסולת. צינור מילוי מחדש עם 50 מ"ל של מים deionized והמקום על נדנדה עם כיפות צינור מאובטח במשך 24 שעות נוספות.
- הסר צינורות מהנדנדה והוו את זקוף במדף מבחנה למשך 15 דקות. יוצקים את הסופרנט מההעליון של הצינור לתוך מיכל פסולת.
הערה: supernatant יהיה צבע בהיר או אפור ואת המשקעים יהיה שחור ובדרך כלל משקע לתחתית של צינורות חסונים. אם שופכים את הסופרנטים מסיתים ומותיר מחדש את המוצר המופחת, מניחים את הצינור זקוף בארון והמתינו כ-15 דקות לפני המוזגים שוב. כמות קטנה של מים תישאר מעורבבת עם המוצר.
3. הכנת סרטי מקרו-יוטיוב ומקרו-ים
- ייבוש הדגימות על מגלשות זכוכית
- פיפטה ככל האפשר supernatant מתוך צינורות 50 מ"ל מבלי להסיר את המוצר הפחתה.
- בעזרת מרית, מעבירים בעדינות את חומר המשקעים לשקופית זכוכית. באמצעות מרית, לאחד את המדגם לתוך ערימה עם גובה אחיד של כ 0.5 מ"מ.
הערה: יותר מים מוסרים מדגימת צינור 50 מ"ל לפני העברת החומר המופחת לשקופית הזכוכית, כך ההעברה קלה יותר. זה גורם לחומר להתנהג יותר כמו דבק. קונסולידציה לדוגמה וגובה אחיד מסייעים בסרטים דחופים לאחר היייבוש. - מקם שקופיות זכוכית עם הדגימות המופחתות במיקום שלא יופרע על-ידי זרמי אוויר. דגימות יבשות ל-24 שעות בטמפרטורת הסביבה.
הערה: אם דרושה דגימה נוספת עבור מפזר רנטגן (XRD), סריקת מיקרוסקופאלקטרונים (SEM), וולטמטריה מחזורית (CV) או בדיקות אחרות, דגימות מופחתות מרובות מאותו יחס מלח עשויות להיות מאוחדות על אותה מגלשת זכוכית לייבוש.
- לחיצה על דגימות ואסף החומרים
- מקם מגלשת זכוכית שנייה מעל מגלשה עם מסה מיובשת של דגימות מופחתות. באצבעות, לחצו על מגלשת הזכוכית מעל החומר בכוח רב (כ-200 kPa) כדי ליצור סרט דק של מקרו-צינורות או מקרופאים.
הערה: לחיצה על החומר המופחת בין שקופיות זכוכית אמורה לגרום לסרט העומד בפנים. מדי פעם לחיצה על המסה המיובשת של מקרו-צינורות או מק'בים גורמת לקטעי סרטים מרובים. ניתן לחתוך סרטים על-ידי לחיצה כלפי מטה באמצעות סכין גילוח.
- מקם מגלשת זכוכית שנייה מעל מגלשה עם מסה מיובשת של דגימות מופחתות. באצבעות, לחצו על מגלשת הזכוכית מעל החומר בכוח רב (כ-200 kPa) כדי ליצור סרט דק של מקרו-צינורות או מקרופאים.
4. אפיון חומרים ואלקטרוכימיים
- סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM): הדבק סרט דק או לאבד מדגם אבקה עם סרט פחמן על stub מדגם SEM. בתחילה השתמש במתח האצה של 15 kV וזרם קרן של 2.7 - 5.4 pA כדי לבצע הדמיה. התרחקו לאזור מדגם גדול ואספו ספקטרום רנטגן (EDS) פיזור אנרגיה כדי לכמת את ההרכב היסודי.
- דיפראקטומיה רנטגן (XRD): מקם את המדגם המיובש macrotube או macrobeam במחזיק מדגם. לחלופין, מקם קטע מדגם סרט דק, כמו בשלב 4.1, על מגלשת זכוכית. בצע סריקות XRD לאיתר זוויות פליטה 2° מ- 5° עד 90° ב- 45 kV ו- 40 mA עם קרינת Cu Kα (1.54060 Å), גודל של 2° של 0.0130 °ו- 20 שניות לכל שלב.
הערה: ניתן לעשות XRD עבור הדוגמאות הלחוץ או הדחוסות. מחזיקי מדגם אבקה בדרך כלל דורשים נפח משמעותי של חומרים ואת השימוש בסרטים דקים דחוסים מומלץ. - מיקרוסקופ פוטואלקטרון רנטגן (XPS): השתמש מקור מונוכרום אלK α עם גודל ספוט 100 μm, 25 W רנטגן קרן ו 45 ° זווית ההמראה, לחץ הפעלה < 6 x 10-6 הרשותהפלסטינית. הגדר את המנתח להעביר אנרגיה 55 eV עבור סריקות ברזולוציה גבוהה.
- אפיון אלקטרוכימי
- למדוד את המסה של דגימות סרט לחוץ כדי לנרמל מדידות אלקטרוכימיות על ידי מיליגרם של חומרים פעילים.
- העבר דגימות סרט לתוך בקבוקון אלקטרוכימי באמצעות פינצטה שטוחה או על ידי החלקה בעדינות של הסרט מגלשת זכוכית אל הקיר הצדדי הפנימי של הבקבוקון. בעדינות פיפטה 0.5 M H2SO4 או 0.5 M KCl אלקטרוליט על דגימות הסרט ולתת לשבת במשך 24 שעות.
- השתמש בתא 3 אלקטרודה עם אלקטרודה Ag/AgCl (3 M NaCl), אלקטרודה 0.5 מ"מ קוטר Pt עזר / דלפק, ואלקטרודה פלטינה מצופה לכה 0.5 מ"מ עובד פלטינה. מניחים את חוט לכה מצופה עם קצה חשוף 1 מ"מ במגע עם המשטח העליון של aerogel בתחתית הבקבוקון האלקטרוכימי22.
- בצע ספקטרוסקופיה מכשול אלקטרוכימי (EIS) מ 1 MHz ל 1 mHz עם גל סינוס 10 mV ב 0 V (לעומת Ag / AgCl).
- בצע את ממטריית המתח המחזורית (CV) באמצעות טווח מתח של 0.2 עד 1.2 V (לעומת Ag/AgCl) עם קצבי סריקה של 0.5, 1, 5, 10, 25, 50, 75 ו- 100 mVs-1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
התוספת של יוני מתכת אציליים מרובעים טעונים הפוך גורמת להיווצרות כמעט מיידית של גבישי מלח ביחס גובה-רוחב גבוה. הערמה הליניארית של יונים פלנריים מרובעים מוצגת באופן סכמטי בדמות 1, עם תמונות מיקרוסקופיות אופטיות מקוטבות החושפות מחטי מלח באורך של 10 עד 100 מטר. ריכוז של 100 mM שימש עבור כל פלטינה, פלדיום, ומלח נחושת פתרונות. בעוד תבניות מחט מלח הם תשלום נייטרלי כי המטענים cation ואניון הכולל שווים, הסטואיכיומטריה של מחטי מלח וכתוצאה מכך יכול להיות מגוון עם שילוב שלישוני של יונים. לדוגמה, תבנית מלח פלטינה פלדיום סטואיצ'יומטריה היה מגוון עם Pt2+:P d2-:P 02- יחס של 1:1:0, 2:1:1, 3:1:2 עבור יחסי פלטינה לפלדיום יחס של 1:1, 3:1, ו 5:1, בהתאמה. באופן דומה, יחסPt 2-:P t2+:Cu2+ של 1:0:1, 3:1:2, 2:1:1, ו 1:1:0, הביא ליחס Pt:Cu של 1:1, 2:1, 3:1, ו 1:0, בהתאמה. האורך הממוצע של מחטי המלח משתנה בהתאם ליחס של יונים שונים.
ההפחתה הכימית של מלחי מגנוס, שנוצרה עם יחס של 1:1 של Pt2+:P t2- יונים, עם NaBH4 תוצאות macrotubes עם חלל פנימי חלול בדרך כלל וקירות צד נקבובי מוצג באופן סכמטי באיור 1A ראיתי מיקרוגרפים אלקטרונים סריקה באיור 2. באות 2A-B, macrotubes נראים בדרך כלל להתאים את הגיאומטריה של תבניות מחט מלח עם קירות צדדיים שטוחים חתך רוחב מרובע. הקירות הצדדיים macrotube המוצגים איור 2C נראה מורכב חלקיקים התמזגו בסדר של 100 ננומטר, אבל בהגדלה גבוהה יותר איור 2D, חלקיקים אלה נראים להיות מוצגים התמזגו nanofibrils כ 4-5 ננומטר קוטר.
הפחתה של מלחים שנוצרו עם יחסים שונים של Pt2+:P d2-:P t2- עם נתרן borohydride (NaBH4)תוצאות מקומרות ללא חלל חלול, אלא ננו-מבנה נקבובי ברחבי האזור הרוחב המרובע המוצג באופן סכמטי בדמות 1B ונתון במיקרוגרפים אלקטרונים בדמות 3. עם יחסPt 2+:P d2-:P t2-יחס של 1:1:0, מקרופאים להפגין ננו מבנה של nanofibrils מותך 4-7 nm קוטר לראות איור 3A-B דומה תכונות sidewall לראות macrotubes פלטינה ב איור 2D. יחסPt 2+:P d2-:P t2-יחס של 2:1:1 מציג חלקיקים קומפקטיים 8-16 ננומטר הן על פני השטח macrobeam, כמו גם בכלחתך הרוחב המרובע לראות איור 3C-D. יחס המלח המופחת מבחינה כימית 3:1:2Pt 2+:P d2-:P t2- יחס מלח לראות באיור 3E-F מציג מקרופאים עם חלקיקים דומים יחס 2:1:1 אם כי עם צפיפות נמוכה יותר נקבוביות גבוהה יותר לאורך חתך הרוחב המרובע.
הפחתה של Pt2-:P t2+:Cu2+ מלחים עם DMAB תוצאות macrotubes עם חלל חלול, ואילו השימוש NaBH4 כמו סוכן הפחתת תוצאות macrobeams עם חתך צלב נקבובי המוצג באופן סכמטי איור 1C. DMAB מופחת Pt2-:P2+:Cu2+ מלחים מוצגים איור 4. המקרו-תותובות שנראו בדמות 4A-C הופחתו מ-1:0:1 Pt2-:P t2+:Cu2+ מחטי מלח מציגות את חתך הרוחב המרובע הברור והגדול ביותר עם כ-3 μm צדדים. הקירות הצדדיים של Macrotube מציגים משטח בעל מרקם גבוה, אם כי בניגוד למאקרוטובה פלטינה ופלטינה-פלדיום ו-macrobeam, שנראו בדמות 2 ובדמות 3 , ללא נקבוביותמשמעותיות. Macrotubes נוצר מ 3:1:2 ו 2:1:1 תבניות מלח איור 4D-F ו איור 4G-I, בהתאמה, לחשוף ליבות חלולות עם חתך רוחב כ 200 ננומטר מרובע וחיבור ננו-חלקיקים נקבובי sidewalls מבחוץ של macrotubes לחלל הפנימי. תבנית מלחPt 2-:P t2+:Cu2+ עם יחס של 1:1:0 (שהיא אותה תבנית המשמשת עבור מאקרו-צינורות פלטינה מופחת עם NaBH4) מופחתעם תוצאות DMAB צבירות ליניאריות של חלקיקים בדרך כלל תואם את יחס גובה-רוחב גבוה תבנית מלח, אם כי ללא חלל חלול כפי שניתן לראות איור 4J-L.
קומפוזיציה כימית Macrotube ו macrobeam התאפיינה בתחילה עם XRD המוצג באיור 5, שם מוצגים יחסי סטואיכיומטריה תבנית מלח באיור 5B-D. מקרו-תפרונים פלטינום בדמות 5A באינדקס לוועדה המשותפת לתקני מפזר אבקה (JCPDS) מספר סימוכין 01-087-0640. מקרני מאקרו פלטינה-פלדיום באינדקס למספרי סימוכין של JCPDS 03-065-6418 עבור סגסוגת פלטינה-פלדיום, 00-004-0802 עבור פלטינה, ו- 01-087-0643 עבור פלדיום בדמות 5B. פסגות נחושת-פלטינה באינדקס למספר סימוכין JCPDS 01-087-0640 עבור פלטינה ו-03-065-9026 לנחושת, עם זאת, הפחתה DMAB למקורו-צינורות מצביעה על פסגות על-זמניות XRD המשתנות לכיוון פלטינה או נחושת, בהתאם לתבניית המלח היחסית, כפי שניתן לראות בדמות 5C, המרמזת על הרכב סגסוגת. NaBH4 מקרופאים מופחתים מנחושת פלטינה מציגים פסגות נחושת ופלטינה XRD נפרדות המצביעות על קומפוזיציה דו-מתכתית שנראית בדמות 5D.
ספקטרה פוטואלקטרון רנטגן מוצגים פלטינה, פלטינה-פלדיום, נחושת פלטינה מקרו-צינורות מקרו-קרן באות 6. מקרו-תחמוצות פלטינה מצביעות על ראיות מועטות למין תחמוצת באות 6A המצביעה על משטח פעיל מבחינה קתליתית. ספקטרה XPS עבור מקרופאים פלטינה-פלדיום בדמות 6B-C גםאינו מציג שום אינדיקציה של הקשר תחמוצת מתכת. איור 6D-E מציג את ספקטרה XPS עבור DMAB מופחת נחושת פלטינה macrotubes מציע בעיקר נחושת מתכתית פלטינה, עם הנוכחות של Cu2O רק ב 1:0:1 Pt2-:P t2+: Cu2+ מדגם תבנית מלח. קומפוזיציות מתכת בתפזורת נקבעו גם באמצעות ספקטרוסקופיית רנטגן פיזור אנרגיה (EDS). התוצאות המשתווה להשווים את מלח הסטואיצ'יומטריה, EDS ו-XPS עבור קומפוזיציות פלטינה-פלדיום ונחושת-פלטינה ו macrobeams מוצגות בטבלה 1 ובטבלה 2, בהתאמה. באופן כללי, מלח stoichiometry מתאם עם הרכב מתכת בתפזורת המצוין עם EDS, למרות XPS מגלה העשרה פני השטח עבור פלטינה עבור שני פלטינה-פלדיום ומבנים נחושת פלטינה סביר בשל מנגנון הפחתה-פירוק המתואר בסעיף דיון. עבור קומפוזיציה PT:Pd נקבעה על-ידי Pt:Pd 6.35:1, 3.50:1, 1.12:1 עבור יחסי תבנית מלח 3:1:2, 2:1:1, 1:1:0 תבנית מלח, בהתאמה. יחסי XPS Pt:Pd מראים את אותה מגמה כללית עם יחס 11.7:1, 6.45:1 ו- 1.89:1 עבור יחסי המלח 3:1:2, 2:1:1, 1:1:0, בהתאמה. מקרו-צינורותמקרופאטיים מקרופאטיים מק"מ מופחתים עם DMAB ו-NaBH 4 , בהתאמה, מציגים את אותה מגמה כללית בין EDS לבין קומפוזיציות מתכת נחושות של XPS כפי שניתן לראות בטבלה 2.
כדוגמה לאפיון אלקטרוכימי של סרטי מקרו-יוטיוב ומאקרו-קום לחוצים, איור 7A מציג מקרו-תובנות פלטינה שנלחצו לסרט העומד בפניע. ספקטרוסקופיה מכשול אלקטרוכימי ב 0.5 M KCl אלקטרוליט מוצג איור 7B על פני טווח תדרים של 100 kHz כדי 1 mHz, עם טווח התדר הגבוה המוצג בכניסת. הקיבולת הספציפית של סרט macrotube פלטינה מוערך מהתדירות הנמוכה ביותר ב קיבוליות ספציפית (Csp) לעומת יומן (תדירות) על איור 7C. Sp Cהמשוער הוא 18.5 Fg-1 עם ממיס מתאים נגיש שטח ספציפי של 61.7 מ'2גרם-1. איור 7D מציג את עקומות הוולטמטריה המחזורית ב- H2SO4 אלקטרוליט בשיעורי סריקה של 0.5, 1, 5 ו- 10 mVs-1. הסריקה של 1 mVs-1 מודחת באות 7E המציגה פסגות אופייניות של הספיגה והדחת הזיהום בפוטנציאל של פחות מ- 0 V (לעומת Ag/AgCl) ואזור בהון חמצוני ופסגות הפחתה הגדולות מ- 0.5 V (לעומת (Ag/AgCl).
איור 1: תוכנית סינתזה Macrotube ו- macrobeam. (A)תוספת של [PtCl4]2- ו- [Pt(NH3)4]2+ (ב)[Pt(NH3)4]2+ עם [PdCl4]2- ו/ או [PtCl4]2-או(C)[Cu(NH3)4]2+ עם [PtCl4]2- ו[Pt(NH3)4]2+ תוצאות להיווצרות מחטי מלח מסיסים באמצעות ערימה ליניארית של יונים מרובעים טעונים הפוך. הפחתה אלקטרוכימית של תבניות מחט מלח יוצרת macrotube נקבובי או macrobeam עם חתך רוחב מרובע. תמונות מיקרוסקופיה אופטיות מקוטבות מייצגות של תבניות גביש מלח מוצגות עבור כל סוג תבנית מלח. הותאם מתוך הפניות 29, 31 ו-32 ברשות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 2: סריקת מיקרוגרפים אלקטרונים של מקרו-צינורות פלטינה. מותאם מתוך הפניה 29 ברשות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 3: סריקת מיקרוגרפים אלקטרונים של מקו-קרדיום פלטינה. מק'בים נוצר מ- Pt2+:P d2-:P t2- יחס תבנית מלח של ( A )– (ב)1:1:0 ( C )–(ד) 2:1:1, ו - (E) (F) 3:1:2, עם פתרונות מלח 100 מ', מופחת ב 100 mM NaBH4. הותאם מהפניה 31 ברשות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 4: תמונות SEM של צינורות מאקרו של נחושת-פלטינה מופחתים עם DMAB. Macrotubes נוצר מ Pt2-:P 02+:Cu2+ יחס תבנית מלח של (A)–(ג) 1:0:1 (ד)–(F)3:1:2 (G)–(I) 2:1:1, ו ( J) –(L)1:1:0. מותאם מתוך הפניה 32 ברשות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 5: ספקטרה מפזר רנטגן עבור (A) מקרו-צינורות פלטינה (ב)מקרופאי מקרו פלטינה-פלדיום (C) מקרו-צינורות נחושת פלטינה מופחת עם DMAB, ו - (D) מקרופאטובים נחושת פלטינה מופחת עם NaBH4. (ב)Pt 2+:P d2-:P t2- ו- (C)-(D)Pt 2-:P t2+:Cu2+ יחסי תבנית מלח מצוינים בספקטרום. הותאם מתוך הפניות 29, 31, 32 ברשות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 6: ספקטרה פוטואלקטרון רנטגן עבור (A) מקרו-צינורות פלטינה (B)-(ג)מקרוני מאקרו פלטינה-פלדיום; (ב) פסגותPt 4d 5/2, Pt4d3/2, PD3/3/2ופסגות PD3d 5/2; (ג) פסגות Pt4f7/2 ו-Pt 4f5/2. (ד) מה אתה עושה? -(ה)מקרו-צינורות נחושת-פלטינה מופחת עם DMAB; (ד) Pt 4f5/2 מנורמל 4f 5/2 ו Pt 4f7/2; (ה) Cu 2p1/2 ו Cu 2p3/2 פסגות. הותאם מתוך הפניות 29, 31, 32 ברשות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 7: אפיון אלקטרוכימי של מקרו-צינורות פלטינה מסונתז ממלחים של מגנוס ב-100 מ'. (א)סרט לחץ על סרט פלטינה. (ב)ספקטרוסקופיה מכשול אלקטרוכימי (EIS) ב 0.5 M KCl אלקטרוליט בטווח תדר של 100 kHz עד 1 mHz; (inset) ספקטרום EIS בתדרגבוה (C)קיבוליות ספציפית (Csp) באלקטרוליט 0.5 M KCl נקבע מ EIS ב (ב). (D) קורות חיים ב 0.5 M H2SO4 בשיעורי סריקה של 10, 5, 1 ו- 0.5 mVs-1. (ה)קורות חיים ב 0.5 M H2SO4 מ (D) בקצב סריקה של 1 mVs-1. מותאם מתוך הפניה 29 ברשות. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.
| פ:ד2: פ"ד 2- Pt2- | סטואי . Pt:Pd | EDS Pt:Pd | XPS Pt:Pd |
| 1:1:0 | 1:1 | 1.12:1 | 1.89:1 |
| 2:1:1 | 3:1 | 3.50:1 | 6.45:1 |
| 3:1:2 | 5:1 | 6.35:1 | 11.7:1 |
טבלה 1: הרכב יחס אטומי של מק'בים מקרו-pt-Pd מסונתז מ- Pt2+:P d2-:P t2- יחס מלח של 1:1:0, 2:1:1, ו 3:1:2 נקבע ממלח סטואיכיומטריה, ספקטרוסקופיית רנטגן פיזור אנרגיה (EDS), וספקטרוסקופיית פוטואלקטרון רנטגן (XPS). הותאם מהפניה 31 ברשות.
| Pt2-:P2+:Cu2+ | סטואי . Pt:Cu | EDS Pt:Cu | ד.ס.ס.ס.: קו | |
| נאבה4 | 1:0:1 | 1:1 | 0.5:1 | 0.92:1 |
| 3:1:2 | 2:1 | 1.3:1 | 3.1:1 | |
| 2:1:1 | 3:1 | 2.5:1 | 4.0:1 | |
| 1:1:0 | 1:0 | 01:00 | 1.0:0 | |
| DMAB (100) | 1:0:1 | 1:1 | 0.7:1 | 2.2:1 |
| 3:1:2 | 2:1 | 1.5:1 | 5.8:1 | |
| 2:1:1 | 3:1 | 2.1:1 | 7.9:1 | |
| 1:1:0 | 1:0 | 01:00 | 1.0:0 |
טבלה 2: הרכב אטומי של Pt-Cu macrotubes ו macrobeams מופחת עם NaBH4 ו DMAB, בהתאמה. מותאם מתוך הפניה 32 ברשות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
שיטת סינתזה זו מדגימה גישה פשוטה ומהירה יחסית להשגת מקרו-צינורות ו macrobeams מבוססי פלטינה על שטח פני שטח גבוה עם ננו-מבנה ומבנה בסיסי הניתנים לטוון, שעשויים להילחץ לסרטים העומדים בפנים ללא חומרי קשירה נדרשים. השימוש נגזרות מלח של מגנוס כמו תבניות בצורת מחט יחס גובה-רוחב גבוה מספק את האמצעים לשלוט הרכב מתכת וכתוצאה מכך באמצעות stoichiometry תבנית מלח, ובשילוב עם בחירה של סוכן הפחתת, שליטה על מבנה הננו של macrotube ו macrobeam נקבובי sidewalls ומבנה חתך חוצה. שיטת הסינתזה עשויה להיות מגוונת על-ידי שינוי יחסי המלח המשמשים לתבניות: Pt2+:P t2-, Pt2+:P d2-:P t2- ו-Pt 2-:P t2+:Cu2+. קריטי לשיטה זו היא היווצרות של תבניות מחט מלח הנובעות מהוספת של cation תכנון מרובע מתכת אצילי ואניונים. היווצרות מלח נמצאה רגישה למים ולעורות פעילות הדורשים שימוש במים מפורזים. זה גם קריטי כדי להבטיח כי הפחתה אלקטרוכימית מתבצעת בתוך מכסה מנוע אדים עם צינורות תגובה unapped כדי למנוע לחץ יתר מהאבולוציה מימן נמרצת תוצאות.
בשיטה זו, הפחתה של [MCl4]2-עד M0,המוצגת במשוואה 1, משחררת ארבעה Cl- יונים לפתרון ליד משטח תבנית המלח שבו M הוא Pt או Pd:
יתרת החיוב עבור כל [MCl4]2- יון מופחתת; הוא נחשב מתוחזק על ידי שני [M(NH3)4]2+ יונים מתמוססים לפתרון. ארבע מולקולות אמוניה נייטרליות משתחררות באמצעות הפחתה של [M(NH3)4]2+ עד M0 כפי המוצג במשוואה 2:
האינטראקציה של אמוניה בסיסית חלשה עם מים היא תשלום נייטרלי כדי ליצור NH4+ ו OH- יונים. פעולת פירוק הפחתה המוצעת ומזעור האנרגיה החופשית של פני השטח הננו-חלקיקים תורמים ככל הנראה למבני המקרו-צינור והמקרו-ים הנקבוביים שנצפו באיור 2, איור 3 ואיור 429,31,32. בהינתן מנגנון זה המוצע, תבניות המלח הן בחלקן הקרבה עצמית בהתחשב בהמרה של חלק מהמלח לשלב המתכת עם שאר המלח עוזב את התבנית עם נקבוביות פתוחות שנותרו במקומו.
מגבלה אחת ברורה להכללה של גישה זו היא המספר הקטן של שילובי יון מתכת מרובע טעון הפוכה זמין. אלה מוגבלים בדרך כלל לתסביכות קואורדינציה של פלטינה, פלדיום, נחושת, זהב וניקל, לדוגמה: [PtCl4]2-, [Pt(NH3)4]2+, [Cu(NH3)4]2+, [AuCl4]- ו-[Ni(CN)4]2-. השימוש [Ni(CN)4-,בעודמשכנע כמו מתכת מעבר בעלות נמוכה שעשוי לשמש בשילוב עם פלטינה, פלדיום, ונחושת מרובעת planar cations, מציג בעיה בטיחותית משמעותית עם שחרור CN- יונים במהלך הפחתה אלקטרוכימית בשילוב עם התפתחות גז מימן. מתחמי קואורדינציה פלטינה ופלדיום אחרים הוכחו כדי לזרז מלחים לאמסיסים 35,36,37. היווצרות של מחטי מלח יחס גובה-רוחב גבוה הוא האמין להיות תלוי התאמה יחסית של cation וגודל אניון, עם חוסר התאמה גדול יותר המוביל לתפוקת מוצר פחות.
לחיצה ביד של סרטים העומדים בפני עצמם פועלת בצורה הטובה ביותר עם מקרו-צינורות פלטינה, ככל הנראה בשל ההסתבכות של המבנים הגבוהים ביחסי גובה-רוחב התואמים לתבניות המלח. סרטים אלה הם חזקים למניפולציה מכנית עם פינצטה שנותרה שלמה בין צעדי העברה מהקשה למיקום במבעון אלקטרוכימי; עם זאת, סרטים יהיה שבר עם כיפוף חמור. סרטים דחוסים במיקרו-פלדיום פלטינה אינם חזקים מבחינה מכנית כמו מקרו-תובות פלטינה, ככל הנראה בשל גודל התכונה הקטן יותר של מק'בים. סרטי נחושת-פלטינה הם הפחות עמידים מבחינה מכנית של שילובי מתכת המתוארים בשיטה זו, אם כי הם יציבים מספיק כדי לעבור בקבוקונים אלקטרוכימיים עבור ספקטרוסקופיה מכשול וולטמטריה מחזורית. בהתאם ליישומים מעשיים של מכשיר, ניתן להשתמש בקלסר פולימרי מינימלי כדי לשפר את השלמות המבנית של סרטי נחושת-פלטינה.
היתרון העיקרי של שיטה זו הוא הפשטות, המהירות היחסית, בקרת הרכב המתכת, ננו-מבנה של סינתזת macrotube ו macrobeam, כמו גם את היכולת ללחוץ על מוצרי סינתזה לתוך סרטים העומדים בפנים. עם גודל תכונה nanoscale קטן כמו 4-5 ננומטר עבור macrotubes פלטינה, שיטת סינתזה זו דומה לשיטות סול-ג'ל nanoparticle preformed כדי ליצור aerogels מתכת אצילית אבל ללא צורך ייבוש סופר קריטי. פלטינה-פלדיום, מקרופאים נחושת-פלטינה ו macrotubes, אם כי, יש גודל תכונה nanostrucuture מעט גדול יותר הנע עד 50 ננומטר. גודל התכונה הגדולה יותר מקוזז חלקית על ידי היכולת לשלב נחושת בעלות נמוכה לתוך nanostructure ולכוון הרכב יסודי. שיטה זו צפויה להיות מדרגית לכל נפח תגובה ממיליליטר נמוך ל-10 ליטרים במידת הצורך.
בעוד יוני מתכת מרובעים זמינים מוגבלים להיווצרות מחטי מלח המורכבות מ-cations מתכתי ואניונים, השימוש במלחי מתכת לא מסיסים עשוי להיות ניתן להכללה למלחים שבהם רק יון אחד הוא מתכתי. שיטת סינתזת מלח-מפתה זו עשויה ליצור מגוון גדול בהרבה של מתכת ברת השגה, תחמוצת מתכת, סגסוגת, וננו-מבנים רב מתכתיים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
לסופרים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו מומנה על ידי מענק קרן מחקר לפיתוח הפקולטה הצבאית של האקדמיה הצבאית של ארצות הברית. המחברים אסירי תודה על עזרתו של ד"ר כריסטופר היינס בפיקוד פיתוח יכולות לחימה של צבא ארה"ב. המחברים רוצים גם להודות ד"ר יהושע מאורר על השימוש FIB-SEM במרכז CCDC-חימוש צבא ארה"ב ב Watervliet, ניו יורק.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 50 mL Conical Tubes | Corning Costar Corp. | 430290 | |
| Ag/AgCl Reference Electrode | BASi | MF-2052 | |
| Cu(NH3)4SO4Ÿ•H2O | Sigma-Aldrich | 10380-29-7 | |
| dimethylamine borane (DMAB) | Sigma-Aldrich | 74-94-2 | |
| K2PtCl4 | Sigma-Aldrich | 10025-99-7 | |
| Miccrostop Lacquer | Tober Chemical Division | NA | |
| Na2PdCl4 | Sigma-Aldrich | 13820-40-1 | |
| NaBH4 | Sigma-Aldrich | 16940-66-2 | |
| Polarized Optical Microscope | AmScope | PZ300JC | |
| Potentiostat | Biologic-USA | VMP-3 | Electrochemical analysis-EIS, CV |
| Pt wire electrode | BASi | MF-4130 | |
| Pt(NH3)4Cl2Ÿ•H2O | Sigma-Aldrich | 13933-31-8 | |
| Scanning Electron Microscope | FEI | Helios 600 | EDS performed with this SEM |
| Shelf Rocker | Thermo Scientific | Vari-Mix™ Platform Rocker | |
| Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 1.7 mL | Cole Parmer | UX-06333-60 | |
| X-ray diffractometer | PanAlytical | Empyrean | X-ray diffractometry |
| X-ray photoelectron spectrometer | ULVAC PHI - Physical Electronics | VersaProbe III |
References
- Chen, A., Holt-Hindle, P. Platinum-Based Nanostructured Materials: Synthesis, Properties, and Applications. Chemical Reviews. 110 (6), 3767-3804 (2010).
- Narayanan, R., El-Sayed, M. A. Shape-Dependent Catalytic Activity of Platinum Nanoparticles in Colloidal Solution. Nano Letters. 4 (7), 1343-1348 (2004).
- Wang, C., Daimon, H., Onodera, T., Koda, T., Sun, S. A General Approach to the Size and Shape-Controlled Synthesis of Platinum Nanoparticles and Their Catalytic Reduction of Oxygen. Angewandte Chemie International Edition. 47 (19), 3588-3591 (2008).
- Song, Y., et al. Synthesis of Platinum Nanowire Networks Using a Soft Template. Nano Letters. 7 (12), 3650-3655 (2007).
- Liu, L., Yoo, S. H., Park, S. Synthesis of Vertically Aligned Hollow Platinum Nanotubes with Single Crystalline Nanoflakes. Chemistry of Materials. 22 (8), 2681-2684 (2010).
- Ehrburger, P., Mahajan, O. P., Walker, P. L. Carbon as a support for catalysts: I. Effect of surface heterogeneity of carbon on dispersion of platinum. Journal of Catalysis. 43 (1), 61-67 (1976).
- Liu, H. S., et al. A review of anode catalysis in the direct methanol fuel cell. Journal of Power Sources. 155 (2), 95-110 (2006).
- Zhang, S., et al. A review of platinum-based catalyst layer degradation in proton exchange membrane fuel cells. Journal of Power Sources. 194 (2), 588-600 (2009).
- Wei, L., et al. Bimetallic Aerogels: High-Performance Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 52 (37), 9849-9852 (2013).
- Liu, W., et al. Noble Metal Aerogels-Synthesis, Characterization, and Application as Electrocatalysts. Accounts of Chemical Research. 48 (2), 154-162 (2015).
- Naskar, S., et al. Porous Aerogels from Shape-Controlled Metal Nanoparticles Directly from Nonpolar Colloidal Solution. Chemistry of Materials. 29 (21), 9208-9217 (2017).
- Du, R., et al. Emerging Noble Metal Aerogels: State of the Art and a Look Forward. Matter. 1 (1), 39-56 (2019).
- Qiu, X., et al. Template-engaged synthesis of hollow porous platinum–palladium alloy nanospheres for efficient methanol electro-oxidation. Journal of Power Sources. 302, 195-201 (2016).
- Yamauchi, Y., et al. Electrochemical Synthesis of Mesoporous Pt–Au Binary Alloys with Tunable Compositions for Enhancement of Electrochemical Performance. Journal of the American Chemical Society. 134 (11), 5100-5109 (2012).
- Lim, B., et al. Twin-Induced Growth of Palladium–Platinum Alloy Nanocrystals. Angewandte Chemie International Edition. 48 (34), 6304-6308 (2009).
- Lim, B., et al. Pd-Pt Bimetallic Nanodendrites with High Activity for Oxygen Reduction. Science. 324 (5932), 1302-1305 (2009).
- Han, L., et al. A seed-mediated approach to the morphology-controlled synthesis of bimetallic copper-platinum alloy nanoparticles with enhanced electrocatalytic performance for the methanol oxidation reaction. Journal of Power Sources. 286, 488-494 (2015).
- Xu, C., et al. Nanotubular Mesoporous PdCu Bimetallic Electrocatalysts toward Oxygen Reduction Reaction. Chemistry of Materials. 21 (14), 3110-3116 (2009).
- Xu, D., et al. Solution-Based Evolution and Enhanced Methanol Oxidation Activity of Monodisperse Platinum-Copper Nanocubes. Angewandte Chemie International Edition. 48 (23), 4217-4221 (2009).
- Stamenkovic, V. R., et al. Improved Oxygen Reduction Activity on Pt3Ni(111) via Increased Surface Site Availability. Science. 315 (5811), 493-497 (2007).
- Burpo, F. J., et al. Direct solution-based reduction synthesis of Au, Pd, and Pt aerogels. Journal of Materials Research. 32 (22), 4153-4165 (2017).
- Burpo, F. J., et al. A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction. Journal of Visualized Experiments. (136), e57875 (2018).
- Burpo, F. J., Mitropoulos, A. N., Nagelli, E. A., Ryu, M. Y., Palmer, J. L. Gelatin biotemplated platinum aerogels. MRS Advances. , 1-6 (2018).
- Burpo, F., et al. Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels. Molecules. 23 (6), 1405 (2018).
- Burpo, F. J., et al. Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels. Journal of Visualized Experiments. (147), e59176 (2019).
- Mitropoulos, A. N., et al. Metal Composite Porous Silk Fibroin Aerogel Fibers. Materials. 12 (6), 894 (2019).
- Xiao, X., et al. Salt-Templated Synthesis of 2D Metallic MoN and Other Nitrides. ACS Nano. 11 (2), 2180-2186 (2017).
- Xiao, X., et al. Scalable salt-templated synthesis of two-dimensional transition metal oxides. Nature Communications. 7, 11296 (2016).
- Burpo, F. J., et al. Salt-Templated Hierarchically Porous Platinum Macrotube Synthesis. Chemistry Select. 3 (16), 4542-4546 (2018).
- Burpo, F., Nagelli, E., Morris, L., Woronowicz, K., Mitropoulos, A. Salt-Mediated Au-Cu Nanofoam and Au-Cu-Pd Porous Macrobeam Synthesis. Molecules. 23 (7), 1701 (2018).
- Burpo, F. J., et al. Salt-templated platinum-palladium porous macrobeam synthesis. MRS Communications. 9 (1), 280-287 (2019).
- Burpo, F. J., et al. Salt-Templated Platinum-Copper Porous Macrobeams for Ethanol Oxidation. Catalysts. 9 (8), 662 (2019).
- Magnus, G. Ueber einige Verbindungen des Platinchlorürs. Annalen der Physik. 90 (10), 239-242 (1828).
- Vauquelin, N. L. Memoire sur le Palladium et le Rhodium. Annales de Chimie. 88, 167-198 (1813).
- Bremi, J., et al. From Vauquelin's and Magnus' Salts to Gels, Uniaxially Oriented Films, and Fibers: Synthesis, Characterization, and Properties of Tetrakis(1-aminoalkane)metal(II) Tetrachlorometalates(II). Chemistry of Materials. 11 (4), 977-994 (1999).
- Bremi, J., Caseri, W., Smith, P. A new compound derived from Magnus' green salt: solid state structure and evidence for platinum chains in solution. Journal of Materials Chemistry. 11 (10), 2593-2596 (2001).
- Caseri, W. Derivatives of Magnus' Green Salt. Platinum Metals Review. 48 (3), 91 (2004).
